JP2006119195A

JP2006119195A - 配線のレイアウト方法

Info

Publication number: JP2006119195A
Application number: JP2004304309A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iwaki; 孝之井脇
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US7294534B2; US20060084261A1

Abstract

【課題】ゲートパターン形状のばらつきを低減し、半導体装置の歩留まりを向上させる。
【解決手段】従来の技術においては中心間距離を基準として１０％の変動幅を規定していたが、本実施形態においては、露光波長λを基準として変動幅を規定している。ここで、中心間距離と露光波長とでは露光波長の方が小さいので、従来の技術と比較して、中心間距離の変動幅が小さくなっている。また、従来の技術においては、中心間距離によって変動幅を規定していたため変動幅が中心間距離に依存しており、変動幅を正確に規定することが難しかった。一方、露光波長λはレーザ光の光源が同じであれば変動しないため、変動幅を、より正確に規定することができる。そのため、より精度よく、回折光の角度分布を小さくすることができ、結像のゆらぎを、より一層低減することができる。したがって、露光ショットの繰り返しで発生するゲートパターン形状のばらつきを、より一層低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線のレイアウト方法に関する。

近年、半導体装置の高集積化および微細化に伴い、オン電流や閾値電圧などの電気的特性のばらつきに対して、ゲートパターンを形成する際の形状のばらつきが大きく影響するようになってきている。そのため、電気的特性を向上させることによって半導体装置の歩留りを向上させるために、ゲートパターン形状のばらつきを制御する技術が求められている。

図４に示すように、特許文献１に記載されるような従来のゲートレイアウトにおいては、配線に用いられる実パターン８ａ〜実パターン８ｈの間に、いわゆる空き領域９が存在していたため、空き領域９に近い側に配置された実パターンの形状が細くなってしまうことがあった。

こういった問題を解決し、ゲートパターン形状のばらつきを制御するために、光の回折やマイクロローディング効果を一定として、ゲート長のばらつきを抑制する技術が特許文献２に記載されている。

図５は、そのような技術を用いたゲートレイアウト方法の一例である。

図５に示すゲートレイアウト１０においては、デバイス構造的にはゲートと同一であるが回路上の機能を持たないダミーゲートパターン３、ダミーゲートパターン４が、ゲートパターン１、ゲートパターン２から分離して設けられている。そのため、全てのゲートパターンおよびダミーゲートパターン間の最小距離ｐは、ゲート末端部、角部を除いてほぼ一定となっている。

ここで、上記ゲートパターンのゲート長は０．５λ／ＮＡ以下であり、かつゲートパターン１、ゲートパターン２、ダミーゲートパターン３およびダミーゲートパターン４は、各々の中心間距離ｐが２λ／ＮＡ以下にあり、上記距離ｐの変動幅が中心間距離ｐの±１０％以内となっている。

特開平９−３１１４３２号公報特開２０００−１１２１１４号公報

特許文献２記載の従来のゲートレイアウト方法を用いることで、１つの露光ショット内における種々のゲートパターン間の寸法差を低減することができるが、その効果がゲート工程に限定されているうえ、シリコンウエハへの光ショットの繰り返しで発生するゲートパターンの形状のばらつきについては考慮されていなかった。また、同一形状のパターンであっても、シリコンウエハ内に多数の露光ショットを繰り返すゲートレイアウト方法においては、半導体装置の歩留りの面で課題を有していた。

本発明によれば、
第１の所定の距離を隔てて略平行に設けられた第１のゲートパターンおよび第２のゲートパターンと、
前記第１のゲートパターンと隣接して、前記第２のゲートパターンが設けられた側と反対側に、前記第１のゲートパターンと第２の所定の距離を隔てて、前記第１のゲートパターンの長手方向と略平行に設けられた回路上の機能を有しない第１のダミーパターンと、
前記第２のゲートパターンと隣接して、前記第１のゲートパターンが設けられた側と反対側に、前記第２のゲートパターンと第３の所定の距離を隔てて、前記第２のゲートパターンの長手方向と略平行に設けられた回路上の機能を有しない第２のダミーパターンと、
を配置する配線のレイアウト方法であって、
前記第１のゲートパターンと前記第２のゲートパターンとの露光に用いられる光線の波長をλ、自然数をｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、第１の所定の距離をＰ_１、第２の所定の距離をＰ_２、第３の所定の距離をＰ_３、第１の所定の距離の設計値をＰ_１’、第２の所定の距離の設計値をＰ_２’、第３の所定の距離の設計値をＰ_３’としたときに、
前記第１の所定の距離は、
Ｐ_１＝ｍ_１λ
Ｐ_１’−０．１λ≦Ｐ_１≦Ｐ_１’＋０．１λ
の関係を満たし、
前記第２の所定の距離は、
Ｐ_２＝ｍ_２λ
Ｐ_２’−０．１λ≦Ｐ_２≦Ｐ_２’＋０．１λ
の関係を満たし、
前記第３の所定の距離は、
Ｐ_３＝ｍ_３λ
Ｐ_３’−０．１λ≦Ｐ_３≦Ｐ_３’＋０．１λ
の関係を満たすように、前記第１のゲートパターン、前記第２のゲートパターン、前記第１のダミーパターン、および前記第２のダミーパターンを配置することを特徴とするレイアウト方法
が提供される。

この発明によれば、第１の所定の距離、第２の所定の距離、および第３の所定の距離が、ゲートパターンの露光に用いられる光線の波長の自然数倍の数値を中心として、露光波長λの±１０％の範囲内の数値であるように、ゲートパターンとダミーパターンとが配置されることによって、露光される光線の回折光が減少する。そのため、回折光の角度分布が小さくなり、結像のゆらぎを低減できる。したがって、露光ショットの繰り返しで発生するゲートパターンの形状のばらつきを低減させることが出来る。その結果、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

本発明によれば、第１の所定の距離、第２の所定の距離、および第３の所定の距離が、ゲートパターンの露光に用いられる光線の波長の自然数倍の数値を中心として露光波長λの±１０％の範囲内の数値であることによって、ゲートパターンの形状のばらつきを低減し、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、トランジスタの配線レイアウト１００を説明するための図である。

配線レイアウト１００は、ブロック１０２、ブロック１０４、および第３のダミーパターンとしてのダミー配線１１２により構成される。本実施形態において、ブロック１０２とブロック１０４とは電気的に接続されておらず、たとえば、互いに同じ電位を有しないなどの特徴を有する。

ブロック１０２は、設計配線１０６、第１のダミーパターンとしてのダミー配線１１０、および第２のダミーパターンとしてのダミー配線１１１により構成される。

ブロック１０４は、設計配線１０８、第２のダミーパターンとしてのダミー配線１１４、および第１のダミーパターンとしてのダミー配線１１５により構成される。

ここで、図１中、設計配線１０６の切り欠き部の左側に位置する設計配線１０６の一部および設計配線１０８の切り欠き部の右側に位置する設計配線１０８の一部（すなわち、図１中、設計配線の切り欠き部の外側に位置する設計配線の一部）を第１のゲートパターンと規定する。また、図１中、設計配線１０６の切り欠き部の右側に位置する設計配線１０６の一部および設計配線１０８の切り欠き部の左側に位置する設計配線１０８の一部（すなわち、図１中、設計配線の切り欠き部の内側に位置する設計配線の一部）を第２のゲートパターンと規定する。したがって、設計配線１０６は第１のゲートパターンと第２のゲートパターンとを包含する。また、設計配線１０８は第１のゲートパターンと第２のゲートパターンとを包含する。ここで、第１のゲートパターンと第２のゲートパターンとは略平行に配置されている。

本実施形態においては、図１中、設計配線１０６は上部に切り欠き部を有するＵの字状、設計配線１０８は下部に切り欠き部を有する逆Ｕの字状となっている。

図１中、ダミー配線１１０は、設計配線１０６の左側、すなわち第２のゲートパターンが設けられた側と反対側、に第１のゲートパターンの長手方向と略平行に配置されている。ダミー配線１１１は、設計配線１０６の右側、すなわち第１のゲートパターンが設けられた側と反対側、に第２のゲートパターンの長手方向と略平行に配置されている。

ダミー配線１１４は、設計配線１０８の左側、すなわち第１のゲートパターンが設けられた側と反対側、に第２のゲートパターンの長手方向と略平行に配置されている。ダミー配線１１５は、設計配線１０８の右側、すなわち第２のゲートパターンが設けられた側と反対側、に第１のゲートパターンの長手方向と略平行に配置されている。ここで、「略平行」とは、各配線が配置される際に、本実施形態の効果を奏する範囲の程度の誤差を許容することを意味する。

ダミー配線１１２は、図１中、ダミー配線１１１の右側で、かつダミー配線１１４の左側、すなわちブロック１０２とブロック１０４との間に第１のゲートパターンの長手方向やダミー配線１１１の長手方向と略平行に配置されている。

ダミー配線１１０、ダミー配線１１１、ダミー配線１１２、ダミー配線１１４、およびダミー配線１１５は回路上の機能を有しない。また、本実施形態においては、各ダミー配線の長手方向の長さは、設計配線１０６および設計配線１０８の長手方向の長さと同じである。

本実施形態においては、図１中、第１の所定の距離としての設計配線１０６の中心間距離Ｐ_１、および設計配線１０８の中心間距離Ｐ_１は０．３８μｍである。第２の所定の距離としての、設計配線１０６の左側に位置する第１のゲートパターンとダミー配線１１０との中心間距離Ｐ_２、第３の所定の距離としての、設計配線１０６の右側に位置する第２のゲートパターンとダミー配線１１１との中心間距離Ｐ_３、第２の所定の距離としての、設計配線１０８の右側に位置する第１のゲートパターンとダミー配線１１５との中心間距離Ｐ_２、および第３の所定の距離としての、設計配線１０８の左側に位置する第２のゲートパターンとダミー配線１１４との中心間距離Ｐ_３は０，３８μｍである。第４の所定の距離としての、ダミー配線１１１とダミー配線１１２との中心間距離Ｐ_４、第４の所定の距離としての、ダミー配線１１２とダミー配線１１４との中心間距離Ｐ_４は０．３８μｍである。すなわち、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、およびＰ_４が、すべて０．３８μｍで等しくなるようにゲートパターンとダミー配線とが配置されている。ここで、設計配線１０６、設計配線１０８における中心間距離Ｐ_１は、図１中、第１のゲートパターンである切り欠き部の外側に位置する設計配線の一部の中心線と、第２のゲートパターンである切り欠き部の内側に位置する設計配線の一部の中心線との間の距離のことをいう。

本実施形態においては、フォトレジスト工程でレーザ光の光源としてＡｒＦを用いて、配線レイアウト１００を露光する。

ＡｒＦの露光波長λは約１９３ｎｍであり、設計配線１０６の中心間の距離および設計配線１０８の中心間の距離（Ｐ_１）は，ともに０．３８μｍである。したがって、Ｐ_１の数値は、Ｐ_１’としての露光波長の自然数倍の数値を中心として、露光波長λの±５％の範囲内となるように配置されている。

また、設計配線１０６および設計配線１０８にそれぞれ隣接して設けられたダミー配線１１０、ダミー配線１１１、ダミー配線１１４、ダミー配線１１５についても、各設計配線との中止間距離（Ｐ_２、Ｐ_３）は、Ｐ_１と同じ距離（０．３８μｍ）となっている。そのため、Ｐ_２、Ｐ_３の数値は、Ｐ_２’またはＰ_３’としての露光波長の自然数倍の数値を中心として、露光波長λの±５％の範囲内となるように配置されている。

さらに、ブロック１０２とブロック１０４との間に設けられたダミー配線１１４についても、ダミー配線１１１またはダミー配線１１４との中心間距離（Ｐ_４）は、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３と同じ距離（０．３８μｍ）となっている。そのため、Ｐ_４の数値は、Ｐ_４’としての露光波長の自然数倍の数値を中心として、λの±５％の範囲内となるように配置されている。

図２に、露光に用いるレーザ光がレチクル１２０に入射して起こる光回折効果の原理を示す。ここで、−２〜＋２は、ｎ次の回折光はレチクル１２０への入射光の延長線を中心線として２方向に進むことを示している。

光の回折は次式のようにパターンの周期性を回折光の周期性に変換して示すことができる。
Ｓｉｎｑ＝ｍλ／Ｐ (ｍ：自然数、λ：露光波長、Ｐ：パターンの中心間距離、ｑ：回折角)

中心間距離Ｐが０．３８μｍの時、ｍ＝２の２次回折光１２２は、限りなく９０°に近づき、投影光学系から外れる。このように、パターンの中心間距離を露光波長の自然数倍の数値とした場合、回折光が減少するため回折光の角度分布が小さくなり、結像のゆらぎを低減できると考えられる。その結果、露光ショットの繰り返しで発生するゲートパターンの形状のばらつきを低減させることができる。

図３に、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）を用いて形成したレジストパターンの中心間距離（ｐｉｔｃｈ）に対する４４ショットの繰り返しで発生したばらつき(σ)を示す。中心間距離が露光波長の２倍に対し、露光波長の５％以内である０．３８μｍ付近で最もばらつきが小さくなる。ここで、光の強度分布を考慮した場合、ｍをできるだけ小さく設定すると効果が大きい。なぜなら、ｍが小さいほど光の強度は大きく、露光は強度の大きい回折光への依存が大きいからである。特に、ｍが２以下の時には、ばらつきを低減する効果が大きい。

また、１本のゲートパターンとダミー配線との間の中心間距離を一定にするため、ダミー配線パターンは設計配線と略平行に配置する必要がある。

以下、配線レイアウト１００の効果について説明する。

特許文献２記載の従来の技術においては、ゲートパターンおよびダミーゲートパターンの各々の中心間距離の変動幅は中心間距離の±１０％以内であった。一方、本実施形態においては、ゲートパターン間の中心間距離Ｐ_１、ゲートパターンとダミー配線との中心間距離Ｐ_２、Ｐ_３はともに０．３８μｍであり、露光の際にレーザ光として用いられるＡｒＦの波長λの自然数倍の数値を中心として、露光波長λの±５％以内の範囲に収まるように配置されている。すなわち、従来の技術においては中心間距離を基準として１０％の変動幅を規定していたが、本実施形態においては、露光波長λを基準として変動幅を規定している。ここで、中心間距離と露光波長とでは露光波長の方が小さいので、従来の技術と比較して、中心間距離の変動幅が小さくなっている。また、従来の技術においては、中心間距離によって変動幅を規定していたため変動幅が中心間距離に依存しており、変動幅を正確に規定することが難しかった。一方、露光波長λはレーザ光の光源が同じであれば変動しないため、変動幅を、より正確に規定することができる。そのため、より精度よく回折光の角度分布を小さくすることができ、結像のゆらぎを、より一層低減することができる。したがって、露光ショットの繰り返しで発生するゲートパターン形状のばらつきを、より一層低減させることができる。

また、本実施形態においては、中心間距離の変動幅が露光波長λで規定されているため、あらゆる波長の露光装置に対応することができる。

また、本実施形態においては、ダミー配線１１２とダミー配線１１１、およびダミー配線１１２とダミー配線１１４との中心間距離Ｐ_４もＰ_１、Ｐ_２、およびＰ_３と同じ０．３８μｍとなるように配置されている。そのため、露光ショットによるダミー配線の形状のばらつきの幅が設計配線の形状のばらつきの幅とほぼ同じになる。したがって、設計配線１０６、設計配線１０８のそれぞれの長手方向の端部の形状のばらつきを、より低減することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、上記実施形態においては、レーザ光としてＡｒＦ（波長：約１９３ｎｍ）を用いた形態について説明したが、フォトレジスト工程において用いられるレーザ光であれば、ＫｒＦ（波長：約２４８ｎｍ）やｉ線（波長：約３６５ｎｍ）などのようにＡｒＦより波長が長いレーザ光を用いてもよいし、Ｆ_２（波長：１５７ｎｍ）などのようにＡｒＦより波長が短いレーザ光を用いてもよい。ここで、レーザ光として用いられる光源の波長が短いほど変動幅も小さくなるので、ゲートパターンの形状のばらつきを、より一層低減させることができる。すなわち、レーザ光の波長が４００ｎｍ以下である、Ｆ_２、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ｉ線であれば、より好ましく、２００ｎｍ以下であるＦ_２、ＡｒＦであれば、より一層好ましい。

また、上記実施形態においては、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４などの中心間距離を０．３８μｍとした形態について説明したが、中心間距離の数値が、露光波長の自然数倍の数値からλの±１０％の範囲内に収まっていればゲートパターン形状のばらつきを低減させることができる。さらに、中心間距離の変動幅がλの±５％の範囲内に収まっていれば、ゲートパターンの形状のばらつきを、より一層低減させることができる。

また、上記実施形態においては、設計配線が各ブロック内に１つ存在する形態について説明したが、各ブロック内に２つ以上存在してもよい。また、ダミー配線が設計配線の脇に２つ以上存在してもよい。

また、上記実施形態においては、設計配線１０６がＵの字状に配置され、設計配線１０８が逆Ｕの字状に配置され、設計配線１０６および設計配線１０８がそれぞれ一体となっている形態について説明したが、設計配線は２本以上の略平行に設けられた配線によって構成されていてもよい。この場合、設計配線はトランジスタ内の他の階層において電気的に接続されているものとする。

また、上記実施形態においては、ブロック１０２とブロック１０４との間にダミー配線１１２が１本挟まれる形態について説明したが、２本以上のダミー配線が挟まれていてもよい。また、ブロック１０２とブロック１０４との間にはダミー配線が挟まれず、各ブロック内にのみダミー配線が配置される形態も有効である。

また、上記実施形態においては、トランジスタにおける配線のレイアウト方法について説明したが、トランジスタ以外の半導体装置において、上記実施形態で説明した配線のレイアウト方法を適用してもよい。

実施の形態に係る配線レイアウトを模式的に示した平面図である。実施の形態に係る配線レイアウトの原理を示した図である。実施の形態に係る配線レイアウトを用いた結果を示すグラフである。従来の技術に係る配線レイアウトを模式的に示した平面図である。従来の技術に係る配線レイアウトを模式的に示した平面図である。

符号の説明

１００配線レイアウト
１０２ブロック
１０４ブロック
１０６設計配線
１０８設計配線
１１０ダミー配線
１１１ダミー配線
１１２ダミー配線
１１４ダミー配線
１１５ダミー配線
１２０レチクル
１２２回折光

Claims

第１の所定の距離を隔てて略平行に設けられた第１のゲートパターンおよび第２のゲートパターンと、
前記第１のゲートパターンと隣接して、前記第２のゲートパターンが設けられた側と反対側に、前記第１のゲートパターンと第２の所定の距離を隔てて、前記第１のゲートパターンの長手方向と略平行に設けられた回路上の機能を有しない第１のダミーパターンと、
前記第２のゲートパターンと隣接して、前記第１のゲートパターンが設けられた側と反対側に、前記第２のゲートパターンと第３の所定の距離を隔てて、前記第２のゲートパターンの長手方向と略平行に設けられた回路上の機能を有しない第２のダミーパターンと、
を配置する配線のレイアウト方法であって、
前記第１のゲートパターンと前記第２のゲートパターンとの露光に用いられる光線の波長をλ、自然数をｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、第１の所定の距離をＰ_１、第２の所定の距離をＰ_２、第３の所定の距離をＰ_３、第１の所定の距離の設計値をＰ_１’、第２の所定の距離の設計値をＰ_２’、第３の所定の距離の設計値をＰ_３’としたときに、
前記第１の所定の距離は、
Ｐ_１＝ｍ_１λ
Ｐ_１’−０．１λ≦Ｐ_１≦Ｐ_１’＋０．１λ
の関係を満たし、
前記第２の所定の距離は、
Ｐ_２＝ｍ_２λ
Ｐ_２’−０．１λ≦Ｐ_２≦Ｐ_２’＋０．１λ
の関係を満たし、
前記第３の所定の距離は、
Ｐ_３＝ｍ_３λ
Ｐ_３’−０．１λ≦Ｐ_３≦Ｐ_３’＋０．１λ
の関係を満たすように、前記第１のゲートパターン、前記第２のゲートパターン、前記第１のダミーパターン、および前記第２のダミーパターンを配置することを特徴とするレイアウト方法。
請求項１に記載のレイアウト方法において、
前記第１のゲートパターンと前記第２のゲートパターンとが電気的に接続されていることを特徴とするレイアウト方法。
請求項１または２に記載のレイアウト方法において、
Ｐ_１’−０．０５λ≦Ｐ_１≦Ｐ_１’＋０．０５λ
の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至３いずれかに記載のレイアウト方法において、
Ｐ_２’−０．０５λ≦Ｐ_２≦Ｐ_２’＋０．０５λ
の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至４いずれかに記載のレイアウト方法において、
Ｐ_３’−０．０５λ≦Ｐ_３≦Ｐ_３’＋０．０５λ
の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至５いずれかに記載のレイアウト方法において、
Ｐ_１＝Ｐ_２＝Ｐ_３の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至６いずれかに記載のレイアウト方法において、
前記ｍ_１、前記ｍ_２、および前記ｍ_３が２以下であることを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至７いずれかに記載のレイアウト方法において、
前記第１のゲートパターン、前記第２のゲートパターン、前記第１のゲートパターンに隣接する前記第１のダミーパターン、および前記第２のゲートパターンに隣接する前記第２のダミーパターンによって構成されるブロックが複数配置され、
複数の前記ブロックの間に、前記ブロックと第４の所定の距離を隔てて、前記ブロックを構成する前記第１のゲートパターンの長手方向と略平行に設けられた回路上の機能を有しない第３のダミーパターンが配置され、
前記第４の所定の距離をＰ_４、前記第４の所定の距離の設計値をＰ_４’、自然数をｍ_４としたときに、
Ｐ_４＝ｍ_４λ
Ｐ_４’−０．１λ≦Ｐ_４≦Ｐ_４’＋０．１λ
の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項８に記載のレイアウト方法において、
Ｐ_４’−０．０５λ≦Ｐ_４≦Ｐ_４’＋０．０５λ
の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項８または９に記載のレイアウト方法において、
複数の前記ブロックは、互いに電気的に接続されていないことを特徴とするレイアウト方法。
請求項８乃至１０いずれかに記載のレイアウト方法において、
Ｐ_１＝Ｐ_２＝Ｐ_３＝Ｐ_４の関係を満たすことを特徴とするレイアウト方法。
請求項８乃至１１いずれかに記載のレイアウト方法において、
前記ｍ_４が２以下であることを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至１２いずれかに記載のレイアウト方法において、
前記ゲートパターンの露光に用いられる光線の波長は、４００ｎｍ以下であることを特徴とするレイアウト方法。
請求項１乃至１３いずれかに記載のレイアウト方法において、
前記ゲートパターンの露光に用いられる光線の光源は、Ｆ_２、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ｉ線からなる群から選択されるいずれかであることを特徴とするレイアウト方法。